Thiết bị mới thu giữ Co₂ và chuyển đổi nó thành các sản phẩm hữu ích
bởi Eddy Duryea, Đại học Trung tâm Florida
Yang Yang, phó giáo sư tại Trung tâm công nghệ nano của UCF, làm việc với một thiết bị giúp phát triển thiết bị ba pha của mình để thu thập và chuyển đổi carbon dioxide. Tín dụng: Antoine Hart
Trong nỗ lực giảm tác động môi trường của khí thải carbon dioxide, một nhà nghiên cứu của Đại học Trung tâm Florida đã phát triển một công nghệ mới, nắm bắt carbon dioxide và sản lượng nhiên liệu và hóa chất hữu ích.
Yang Yang, phó giáo sư tại Trung tâm công nghệ nano của UCF, đã tạo ra một thiết bị sáng tạo để nắm bắt carbon dioxide với một lớp vi mạch bao gồm màng oxit thiếc và lớp fluorine. Sau đó, thiết bị chiết xuất carbon dioxide khí thông qua điện cực sủi bọt và chọn lọc chuyển khí thành carbon monoxide và axit formic, là nguyên liệu thô quan trọng để sản xuất hóa chất.
Công nghệ này, được chi tiết trong một nghiên cứu gần đây trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, nhằm mục đích giảm dấu chân carbon của loài người một cách bền vững trong khi giải quyết nhu cầu tạo ra năng lượng thay thế.
"Chúng tôi muốn tạo ra một công nghệ tốt hơn để làm cho thế giới của chúng ta tốt hơn và sạch sẽ hơn", Yang, người cũng là thành viên của cụm chuyển đổi năng lượng và hóa học tái tạo (React) của UCF nói. "Quá nhiều carbon dioxide sẽ có hiệu ứng nhà kính trên trái đất và sẽ làm nóng nó rất nhanh. Đó là động lực cho lý do tại sao chúng tôi muốn phát triển vật liệu mới này để lấy và chuyển đổi nó thành hóa chất chúng tôi có thể sử dụng."
Công nghệ bắt giữ carbon dioxide này có thể được đặt tại các nhà máy điện, cơ sở công nghiệp hoặc các nhà máy sản xuất hóa chất nơi carbon dioxide được thu từ khí thải và chuyển đổi thành các sản phẩm hữu ích.
Thiết kế nở hoa từ thiên nhiên
Cảm hứng cho thiết bị và giảm thiểu tác động của chúng ta đối với môi trường đến trực tiếp từ chính thiên nhiên, Yang nói.
"Chúng tôi là các nhà khoa học luôn học hỏi từ thiên nhiên," ông nói. "Chúng tôi muốn xem cách các con vật và cây hoạt động như thế nào. Đối với công việc này, chúng tôi đã học được từ hoa sen. Chúng tôi biết rằng hoa sen có bề mặt kỵ nước, có nghĩa là khi bạn thả nước xuống bề mặt, nước sẽ nhanh chóng biến mất Từ bề mặt.
Hoa sen đã giúp Yang hình thành công nghệ bắt giữ carbon dioxide bắt chước bề mặt hoa sen, trong đó nước chảy xuống bề mặt kỵ nước được chế tạo của một thiết bị sẽ được tách ra khỏi phản ứng chuyển đổi carbon dioxide.
Yang là cần thiết để quản lý cẩn thận lượng nước trên bề mặt vật liệu có thể làm ngập thiết bị hoặc phá vỡ chuyển đổi carbon dioxide, Yang nói.
Sau khi bị bắt, khí carbon dioxide sau đó được định tuyến qua một điện cực và được chuyển đổi thông qua một quá trình có thể tùy chỉnh hơn so với quá trình quang hợp tự nhiên.
Phản ứng giảm carbon dioxide điện điện chuyển đổi khí carbon dioxide thành các hóa chất chứa carbon, như metanol, metan, ethylene, ethanol, acetate và propanol, tùy thuộc vào con đường phản ứng cụ thể trên các chất xúc tác.
"Chúng tôi muốn tạo ra một vật liệu tốt hơn có thể nhanh chóng lấy các phân tử carbon dioxide từ không khí và chuyển đổi chúng thành hóa chất," Yang nói. "Chúng tôi chỉ giảm nồng độ carbon dioxide trong không khí và chuyển đổi nó trong pha lỏng và khí để chúng tôi có thể trực tiếp sử dụng các hóa chất và trường được chuyển đổi cho các ứng dụng khác."
Một trong những thành phần thách thức nhất của nghiên cứu là làm giảm lượng nước lan ra trên bề mặt của các vật liệu xúc tác khi phơi bày các thành phần của carbon dioxide khí trong chất điện phân lỏng, ông nói.
"Nếu bạn có quá nhiều nước xung quanh vật liệu của mình, bạn có thể sản xuất hydro thay vì chuyển đổi carbon dioxide thành hóa chất", Yang nói. "Điều đó sẽ làm giảm hiệu quả năng lượng của quá trình tổng thể. Các vật liệu chúng ta sử dụng có thể đẩy lùi nước khỏi bề mặt, vì vậy chúng ta có thể tránh sự hình thành hydro và chúng ta có thể tăng cường đáng kể hiệu quả giảm carbon dioxide. Vì vậy, điều đó có nghĩa là cuối cùng chúng ta có thể Sử dụng hầu hết tất cả các điện cho phản ứng của chúng tôi. "
Mở rộng quy mô
Có nhiều nỗ lực hiện có trên khắp thế giới để giảm, bắt hoặc chuyển đổi carbon dioxide, bao gồm trồng cây và phát triển các công nghệ bắt carbon dioxide quy mô lớn. Yang cho biết ông hy vọng thiết bị chuyển đổi và thu chuyển carbon dioxide có thể đóng vai trò là một lựa chọn thay thế khả thi cho các phương pháp tốn nhiều thời gian hoặc tốn kém khác.
Khai thác điện bền vững môi trường là một bước khác trong việc thực hiện công nghệ chuyển đổi carbon dioxide thành thực tế, Yang nói.
"Trong quá trình của chúng tôi, chúng tôi có thể sử dụng điện không liên tục, như điện đến từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoặc từ trang trại gió," ông nói.
Công nghệ này được xây dựng từ các nỗ lực năng lượng trước đây của Yang tại UCF gần ba năm trước trong việc phát triển các vật liệu mới cho các tế bào nhiên liệu sử dụng carbon tăng cường flo.
Nghiên cứu phục vụ như một người đóng vai
Bước đầu tiên và là một nghiên cứu cơ bản có thể mở đường cho các phương pháp bắt carbon dioxide quy mô lớn hơn, Yang nói.
"Đối với điều này, chúng tôi đã xác nhận khái niệm của chúng tôi từ quan điểm cơ bản," ông nói. "Chúng tôi đã thử nghiệm hiệu suất trong các lò phản ứng của chúng tôi, nhưng trong tương lai, chúng tôi muốn phát triển một nguyên mẫu lớn hơn có thể cho mọi người thấy chúng tôi có thể chuyển đổi và giảm nồng độ carbon dioxide nhanh như thế nào và tạo ra hóa chất hoặc nhiên liệu rất nhanh từ nguyên mẫu quy mô lớn của chúng tôi. "
Các nhà nghiên cứu, sinh viên và các học giả sau tiến sĩ từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của UCF, Trung tâm Công nghệ Nano khoa học và Khoa Hóa học bao gồm Lei Zhai; Fnu Joshua, MS; David Fox, Tiến sĩ; Shengwen Liu; Zhao Li, Tiến sĩ; Jinfa Chang; Guanzhi Wang, Tiến sĩ; Ao yu; và Wei Zhang, Tiến sĩ.
Yang cũng hợp tác với Đại học Houston; Đại học California, Berkeley; Đại học Stanford và Viện nghiên cứu nâng cao phía đông tại Ningbo, Trung Quốc.
